第三节 组合逻辑控制器原理
3.3.1 控制器组成
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
1.微命令发生器
功能,产生全机所需的各种 微命令
控制最基本的操作 (微操作 )的命令
电位型
脉冲型
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
2.指令计数器 PC
功能,指示指令在 M中的位置。
PC+1顺序执行：
PC先 +1，再用转移地址修改 PC转移执行：
3.指令寄存器 IR
功能,存放现行指令。 决定操作
性质操作码字段
操作数地址
转移地址
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
地址码字段
译码器 微命令发生器
地址形成部件
寻
D
4.状态寄存器 PSW
功能,指示程序运行方式，反映程序运行结果。
例, 某机的 PSW
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
C=1 进位
V=1 溢出
Z=1 结果为 0
N=1 结果为负
T=1,执行跟踪程序
（ 1）条件码
反映程序运行结果
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 2）跟踪标志
为程序查错设置的断点标志 T。
程序
初始化置 T为 1...
测试 T 跟踪程序 ….....
程序优先级高于外部优先级,不响应
程序优先级低于外部优先级，可响应
用户方式,禁止程序执行某些指令
核心方式,允许程序执行所有指令
（ 3）优先级
为现行程序赋予优先级别，以决定是否
响应外部中断请求。
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 4）工作方式
规定程序的特权级。
PSW在 CPU中，
反映程序运行
状态；控制 /状
态字在接口中,
反映 CPU命令、
设备状态。
5.时序线路
功能,控制操作时间和操作时刻。
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
振荡器 分频器
时钟脉冲
工作脉冲
时钟周期 (节拍 )
产生电位
型微命令，
控制操作
时间段
产生脉冲型
微命令，控
制定时操作
1.取指令
PC
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
3.3.2 控制器工作过程
地址 M 指令 IR,译码 (θ,寻址方式 )
PC+1 PC
2.取数
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器
取数。
3.执行
按操作码对数据进行运算处理。
1.组合逻辑控制器的时序划分
3.3.3 时序控制方式
即时序信号与操作的关系
● 采用三级时序系统：
指令周期
工作周期 1
工作周期 2
工作周期 n
……
时钟周期 1
时钟周期 2
时钟周期 m
….
….
工作脉冲 1
工作脉冲 2
工作脉冲 k
…..
……….
(节拍 1)
(节拍 2)
(节拍 m)
● 时序关系：
晶振输出
工作周期 1
工作周期 2
工作周期 3
时钟 T1
工作脉冲 P
时钟 T2
指令周期
控制不同阶段操作时间
控制分步操作时间
对微操作定时
取指
执行
取数
取出指令
修改 PC
打入 IR 打入 PC
2.时序控制方式及其变化
（ 1）同步控制
各项操作受统一时序控制。① 定义：
② 特点,有明显时序时间划分，
③ 优缺点,时序关系简单，时序划分规整，
控制不复杂；
时间安排不合理。
④ 应用场合,用于 CPU内部、设备内部、系
统总线操作
控制逻辑易于集中，便于管理。
(各挂接部件速度相近，传送时间确
定，传送距离较近 )。
时钟周期时
间固定,各步操作的衔接、各部件之间的数
据传送受严格同步定时控制。
各项操作受 统一时序 控制。
由 CPU或 其他设备 提供
（ 2）异步控制
各项操作按不同需要安排时间，不
受统一时序控制。
① 定义：
② 特点,无统一时钟周期划分，
例,异步传送操作
● 主设备：
申请并掌握总线权的设备。
各操作间的
衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答
方式。
总线
主 从
● 从设备：
响应主设备请求的设备。
发 /接 接 /发
主设备获得总线控制权
● 操作流程：
主设备询问从设备
主设备发送 /接收数据
主设备释放总线控制权
从设备准备好？
Y
N
主设备输出端与总线连接
主设备输出端与总线断开
时间安排紧凑、合理；
控制复杂。
③ 优缺点：
④ 应用场合,用于异步总线操作 (各挂接部
件速度差异大，传送时间不确定，传送距离
较远 )。
（ 3）同步方式的变化
指令周期长度可变，时钟周期长度不变。
① 不同指令安排不同时钟周期数
② 总线周期中插入延长周期
经总线传送一次数据所用的时间 (送地址、读 /写 )
总线周期长度可变，时钟周期长度不变。
总线周期 (4T)
例,一个总线周期包含 4个时钟周期
时钟
T1 T3T2 T4
送地址 读 /写数据 结束
同步方式
时钟
T1 T3T2 T4 T4Tw
送地址 读 /写数据 结束
总线周期 (5T)
扩展同步方式
③ 同步方式引入异步应答
以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思
想。
例,8088最大模式，用一根 总线请求 /应答 线
实现总线权的转移。
设备请求
总线权
RQ/GT
CPU使用
总线
CPU使用
总线
CPU使用
总线
设备使用
总线
设备 设备CPU
CPU响应，
总线权交设备
CPU
设备释放
总线权
CPU 设备
若干时钟 若干时钟
1.组合逻辑控制方式
3.3.4 组合逻辑控制方式的优缺点及应用
综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，
用组合逻辑电路实现；
执行指令时，由组合逻辑电路 (微命令发生
器 )在相应时间发出所需微命令，控制有关
操作。
● 产生微命令的速度较快。
2.优缺点
● 设计不规整，设计效率较低；
● 不易修改、扩展指令系统功能。
3.应用场合
用于高速计算机，或小规模计算机。
3.3.1 控制器组成
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
1.微命令发生器
功能,产生全机所需的各种 微命令
控制最基本的操作 (微操作 )的命令
电位型
脉冲型
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
2.指令计数器 PC
功能,指示指令在 M中的位置。
PC+1顺序执行：
PC先 +1，再用转移地址修改 PC转移执行：
3.指令寄存器 IR
功能,存放现行指令。 决定操作
性质操作码字段
操作数地址
转移地址
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
地址码字段
译码器 微命令发生器
地址形成部件
寻
D
4.状态寄存器 PSW
功能,指示程序运行方式，反映程序运行结果。
例, 某机的 PSW
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
C=1 进位
V=1 溢出
Z=1 结果为 0
N=1 结果为负
T=1,执行跟踪程序
（ 1）条件码
反映程序运行结果
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 2）跟踪标志
为程序查错设置的断点标志 T。
程序
初始化置 T为 1...
测试 T 跟踪程序 ….....
程序优先级高于外部优先级,不响应
程序优先级低于外部优先级，可响应
用户方式,禁止程序执行某些指令
核心方式,允许程序执行所有指令
（ 3）优先级
为现行程序赋予优先级别，以决定是否
响应外部中断请求。
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 4）工作方式
规定程序的特权级。
PSW在 CPU中，
反映程序运行
状态；控制 /状
态字在接口中,
反映 CPU命令、
设备状态。
5.时序线路
功能,控制操作时间和操作时刻。
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
振荡器 分频器
时钟脉冲
工作脉冲
时钟周期 (节拍 )
产生电位
型微命令，
控制操作
时间段
产生脉冲型
微命令，控
制定时操作
1.取指令
PC
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
3.3.2 控制器工作过程
地址 M 指令 IR,译码 (θ,寻址方式 )
PC+1 PC
2.取数
PC
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译
码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻
来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器
取数。
3.执行
按操作码对数据进行运算处理。
1.组合逻辑控制器的时序划分
3.3.3 时序控制方式
即时序信号与操作的关系
● 采用三级时序系统：
指令周期
工作周期 1
工作周期 2
工作周期 n
……
时钟周期 1
时钟周期 2
时钟周期 m
….
….
工作脉冲 1
工作脉冲 2
工作脉冲 k
…..
……….
(节拍 1)
(节拍 2)
(节拍 m)
● 时序关系：
晶振输出
工作周期 1
工作周期 2
工作周期 3
时钟 T1
工作脉冲 P
时钟 T2
指令周期
控制不同阶段操作时间
控制分步操作时间
对微操作定时
取指
执行
取数
取出指令
修改 PC
打入 IR 打入 PC
2.时序控制方式及其变化
（ 1）同步控制
各项操作受统一时序控制。① 定义：
② 特点,有明显时序时间划分，
③ 优缺点,时序关系简单，时序划分规整，
控制不复杂；
时间安排不合理。
④ 应用场合,用于 CPU内部、设备内部、系
统总线操作
控制逻辑易于集中，便于管理。
(各挂接部件速度相近，传送时间确
定，传送距离较近 )。
时钟周期时
间固定,各步操作的衔接、各部件之间的数
据传送受严格同步定时控制。
各项操作受 统一时序 控制。
由 CPU或 其他设备 提供
（ 2）异步控制
各项操作按不同需要安排时间，不
受统一时序控制。
① 定义：
② 特点,无统一时钟周期划分，
例,异步传送操作
● 主设备：
申请并掌握总线权的设备。
各操作间的
衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答
方式。
总线
主 从
● 从设备：
响应主设备请求的设备。
发 /接 接 /发
主设备获得总线控制权
● 操作流程：
主设备询问从设备
主设备发送 /接收数据
主设备释放总线控制权
从设备准备好？
Y
N
主设备输出端与总线连接
主设备输出端与总线断开
时间安排紧凑、合理；
控制复杂。
③ 优缺点：
④ 应用场合,用于异步总线操作 (各挂接部
件速度差异大，传送时间不确定，传送距离
较远 )。
（ 3）同步方式的变化
指令周期长度可变，时钟周期长度不变。
① 不同指令安排不同时钟周期数
② 总线周期中插入延长周期
经总线传送一次数据所用的时间 (送地址、读 /写 )
总线周期长度可变，时钟周期长度不变。
总线周期 (4T)
例,一个总线周期包含 4个时钟周期
时钟
T1 T3T2 T4
送地址 读 /写数据 结束
同步方式
时钟
T1 T3T2 T4 T4Tw
送地址 读 /写数据 结束
总线周期 (5T)
扩展同步方式
③ 同步方式引入异步应答
以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思
想。
例,8088最大模式，用一根 总线请求 /应答 线
实现总线权的转移。
设备请求
总线权
RQ/GT
CPU使用
总线
CPU使用
总线
CPU使用
总线
设备使用
总线
设备 设备CPU
CPU响应，
总线权交设备
CPU
设备释放
总线权
CPU 设备
若干时钟 若干时钟
1.组合逻辑控制方式
3.3.4 组合逻辑控制方式的优缺点及应用
综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，
用组合逻辑电路实现；
执行指令时，由组合逻辑电路 (微命令发生
器 )在相应时间发出所需微命令，控制有关
操作。
● 产生微命令的速度较快。
2.优缺点
● 设计不规整，设计效率较低；
● 不易修改、扩展指令系统功能。
3.应用场合
用于高速计算机，或小规模计算机。
